特許 7415722 画像形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-09

(45)【発行日】2024-01-17

(54)【発明の名称】画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   G03G 21/14 20060101AFI20240110BHJP

   G03G 15/08 20060101ALI20240110BHJP

   G03G 15/06 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

G03G21/14

G03G15/08 220

G03G15/06 101

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020054339

(22)【出願日】2020-03-25

(65)【公開番号】P2021156939

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2023-02-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000006150

【氏名又は名称】京セラドキュメントソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100168583

【弁理士】

【氏名又は名称】前井 宏之

(72)【発明者】

【氏名】田中 一徳

(72)【発明者】

【氏名】山岸 義弘

(72)【発明者】

【氏名】清水 保

【審査官】内藤 万紀子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－２９５５４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１８９７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５５８３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０１３８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２５８３８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｇ ２１／１４

Ｇ０３Ｇ １５／０８

Ｇ０３Ｇ １５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面に静電潜像が形成される像担持体と、
前記像担持体を帯電させる帯電装置と、
前記像担持体にトナーを供給し、前記像担持体に形成された前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置と、
前記現像装置に所定のバイアス電圧を印加する現像電源と、
前記現像装置を流れる現像電流を測定する電流測定部と、
前記電流測定部によって測定された前記現像電流に基づいて、前記像担持体の表面電位を算出する算出部と、
カブリ現象によって移動するカブリトナー量を予測する予測部と
を備え、
前記電流測定部は、前記帯電装置が前記像担持体を帯電させた状態において前記現像装置を流れる前記現像電流を測定し、
前記算出部は、前記予測部が予測した前記カブリトナー量が所定の閾値未満の場合、前記現像電流が流れなくなる場合の前記バイアス電圧を前記表面電位として算出する、画像形成装置。

【請求項2】

前記予測部は、前記現像装置が現像する前記トナー像のトナー濃度、前記トナーの帯電量、前記トナーの移動が生じていないキャリアを流れる電流の流れにくさを示すキャリア抵抗、前記バイアス電圧の交流成分の電圧値、及び前記カブリトナー量を予測する直前の１分間の印字率のうち少なくともいずれか１つを含む１つ又は複数のパラメーターに基づいて、前記カブリトナー量を予測する、請求項１に記載の画像形成装置。

【請求項3】

前記現像電源は、前記像担持体から前記現像装置への方向に電流が流れるような前記バイアス電圧、及び前記現像装置から前記像担持体への方向に電流が流れるような前記バイアス電圧を印加する、請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。

【請求項4】

前記算出部は、前記画像形成装置が画像を記録媒体に形成する画像形成処理を行う前に、前記表面電位を算出する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。

【請求項5】

前記電流測定部は、前記像担持体の非露光状態における現像電流を測定する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の画像形成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、画像形成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

複写機やプリンター等の電子写真方式の画像形成装置では、均一に帯電された感光体ドラム（像担持体）の表面を露光することで形成された静電潜像にトナーを付着させ、トナー像として現像する画像形成プロセスが広く利用されている。高品質な画像を得るためには、感光体ドラムの表面電位に対し、適正な電位差を設けた現像バイアスによって現像を行うことが求められる。

【0003】

このため、画像形成を行うときの、実際の感光体ドラムの表面電位を検出する必要があり、従来、表面電位センサーを用いて感光体ドラムの表面電位を検出していた。

【0004】

しかしながら、表面電位センサーは、高価であり、さらに飛散したトナー等が付着すると、正しく測定することができなくなるといった課題があった。そこで、表面電位センサー等の高価なセンサーを用いることなく、感光体ドラムの表面電位を得る技術が提案され、その一例が特許文献１に開示されている。

【0005】

特許文献１の電子写真装置は、感光体上にパルス状の静電電位パターンを形成し、現像ローラーにバイアスを印加し、静電電位パターンを現像する際に感光体から現像ローラーに流れ込む電流を測定して感光体上の表面電位を得る。具体的には、パルス状の静電電位パターンの切り替わるポイントで電流をモニターすることで、感光体の表面電位を推定する。これにより、表面電位センサーを用いることなく、感光体上の表面電位を得ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００３－２９５５４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１で開示された電子写真装置でモニターする電流は、感光体や帯電部材等の経年変化等の影響を受け易く、不安定であって、誤差を含み易いことが課題であった。これにより、感光体上の表面電位の精度が低下することが懸念された。

【0008】

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は表面電位センサー等の高価なセンサーを用いることなく、像担持体の表面電位を高精度に得ることが可能な画像形成装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る画像形成装置は、像担持体と、帯電装置と、現像装置と、現像電源と、電流測定部と、算出部と、予測部とを備える。前記像担持体には、表面に静電潜像が形成される。前記帯電装置は、前記像担持体を帯電させる。前記現像装置は、前記像担持体にトナーを供給し、前記像担持体に形成された前記静電潜像を現像してトナー像を形成する。前記現像電源は、前記現像装置に所定のバイアス電圧を印加する。前記電流測定部は、前記現像装置を流れる現像電流を測定する。前記算出部は、前記電流測定部によって測定された前記現像電流に基づいて、前記像担持体の表面電位を算出する。前記予測部は、カブリ現象によって移動するカブリトナー量を予測する。前記電流測定部は、前記帯電装置が前記像担持体を帯電させた状態において前記現像装置を流れる前記現像電流を測定する。前記算出部は、前記予測部が予測した前記カブリトナー量が所定の閾値未満の場合、前記現像電流が流れなくなる場合の前記バイアス電圧を前記表面電位として算出する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、表面電位センサー等の高価なセンサーを用いることなく、像担持体の表面電位を高精度に得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】画像形成装置１の構成の一例を示す図である。

【図2】現像装置６４の構成の一例を示す図である。

【図3A】電流測定部６４６によって測定される現像電流を示す図である。

【図3B】電流測定部６４６によって測定される現像電流を示す図である。

【図4】現像電流とバイアス電圧との対応関係を示すグラフである。

【図5】図４に示すグラフの具体例を示す図である。

【図6】本実施形態に係る表面電位算出プロセスを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一又は相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

【0013】

図１を参照して、本発明の実施形態に係る画像形成装置１の構成について説明する。図１は、画像形成装置１の構成の一例を示す図である。画像形成装置１は、例えば、タンデム方式のカラープリンターである。

【0014】

図１に示すように、画像形成装置１は、操作部２、給紙部３、搬送部４、トナー補給部５、画像形成部６、転写部７、定着部８、排出部９、及び制御部１０を備える。

【0015】

操作部２は、ユーザーからの指示を受け付ける。操作部２は、ユーザーからの指示を受け付けると、ユーザーからの指示を示す信号を制御部１０へ送信する。操作部２は、液晶ディスプレー２１及び複数の操作キー２２を含む。液晶ディスプレー２１は、例えば、各種処理結果を表示する。操作キー２２は、例えば、テンキー、及びスタートキーを含む。操作部２は、画像形成処理の実行を示す指示が入力されると、画像形成処理の実行を示す信号を制御部１０へ送信する。この結果、画像形成装置１による画像形成動作が開始される。

【0016】

給紙部３は、給紙カセット３１、及び給紙ローラー群３２を有する。給紙カセット３１は、複数枚の用紙Ｐを収容可能である。給紙ローラー群３２は、給紙カセット３１に収容された用紙Ｐを１枚ずつ搬送部４へ給紙する。用紙Ｐは記録媒体の一例である。

【0017】

搬送部４は、ローラー及びガイド部材を備える。搬送部４は、給紙部３から排出部９まで延在する。搬送部４は、画像形成部６及び定着部８を経由するように、給紙部３から排出部９まで用紙Ｐを搬送する。

【0018】

トナー補給部５は、画像形成部６にトナーを補給する。トナー補給部５は、第１装着部５１Ｙ、第２装着部５１Ｃ、第３装着部５１Ｍ、及び第４装着部５１Ｋを備える。トナー補給部５は現像剤補給部の一例である。トナーは現像剤の一例である。

【0019】

第１装着部５１Ｙには第１トナーコンテナ５２Ｙが、装着される。同様に、第２装着部５１Ｃには第２トナーコンテナ５２Ｃが、第３装着部５１Ｍには第３トナーコンテナ５２Ｍが、第４装着部５１Ｋには第４トナーコンテナ５２Ｋが装着される。なお、第１装着部５１Ｙ～第４装着部５１Ｋの構成は、装着されるトナーコンテナの種類が異なるのみで他の構成は同様である。このため、第１装着部５１Ｙ～第４装着部５１Ｋを総称して、「装着部５１」と記載する場合がある。

【0020】

第１トナーコンテナ５２Ｙ、第２トナーコンテナ５２Ｃ、第３トナーコンテナ５２Ｍ、及び第４トナーコンテナ５２Ｋには、トナーがそれぞれ収容される。本実施形態において、第１トナーコンテナ５２Ｙには、イエロートナーが収容される。第２トナーコンテナ５２Ｃには、シアントナーが収容される。第３トナーコンテナ５２Ｍには、マゼンタトナーが収容される。第４トナーコンテナ５２Ｋには、ブラックトナーが収容される。

【0021】

画像形成部６は、露光装置６１、第１画像形成ユニット６２Ｙ、第２画像形成ユニット６２Ｃ、第３画像形成ユニット６２Ｍ、及び第４画像形成ユニット６２Ｋを備える。

【0022】

第１画像形成ユニット６２Ｙ～第４画像形成ユニット６２Ｋの各々は、帯電装置６３、現像装置６４、及び感光体ドラム６５を有する。感光体ドラム６５は、像担持体の一例である。

【0023】

帯電装置６３、及び現像装置６４は、感光体ドラム６５の周面に沿って配置される。本実施形態において、感光体ドラム６５は、図１の矢印Ｒ１で示す方向（時計回り）に回転する。

【0024】

帯電装置６３は、感光体ドラム６５を放電によって所定の極性に均一に帯電させる。本実施形態において、帯電装置６３は、感光体ドラム６５を正の極性に帯電させる。露光装置６１は、帯電した感光体ドラム６５にレーザー光を照射する。これにより、感光体ドラム６５の表面に静電潜像が形成される。

【0025】

現像装置６４は、感光体ドラム６５の表面に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する。現像装置６４は、トナー補給部５からトナーが補給される。現像装置６４は、トナー補給部５から補給されたトナーを感光体ドラム６５の表面に供給する。この結果、感光体ドラム６５の表面にトナー像が形成される。

【0026】

本実施形態において、第１画像形成ユニット６２Ｙが有する現像装置６４は、第１装着部５１Ｙと接続する。したがって、第１画像形成ユニット６２Ｙが有する現像装置６４には、イエロートナーが補給される。よって、第１画像形成ユニット６２Ｙが有する感光体ドラム６５の表面には、イエロートナー像が形成される。

【0027】

第２画像形成ユニット６２Ｃが有する現像装置６４は、第２装着部５１Ｃと接続する。したがって、第２画像形成ユニット６２Ｃが有する現像装置６４には、シアントナーが補給される。よって、第２画像形成ユニット６２Ｃが有する感光体ドラム６５の表面には、シアントナー像が形成される。

【0028】

第３画像形成ユニット６２Ｍが有する現像装置６４は、第３装着部５１Ｍと接続する。したがって、第３画像形成ユニット６２Ｍが有する現像装置６４には、マゼンタトナーが補給される。よって、第３画像形成ユニット６２Ｍが有する感光体ドラム６５の表面には、マゼンタトナー像が形成される。

【0029】

第４画像形成ユニット６２Ｋが有する現像装置６４は、第４装着部５１Ｋと接続する。したがって、第４画像形成ユニット６２Ｋが有する現像装置６４には、ブラックトナーが補給される。よって、第４画像形成ユニット６２Ｋが有する感光体ドラム６５の表面には、ブラックトナー像が形成される。

【0030】

転写部７は、第１画像形成ユニット６２Ｙ～第４画像形成ユニット６２Ｋが有する各感光体ドラム６５の表面に形成された各トナー像を用紙Ｐに重ねて転写する。本実施形態において、転写部７は、二次転写方式によって各トナー像を用紙Ｐに重ねて転写する。詳しくは、転写部７は、４つの一次転写ローラー７１、中間転写ベルト７２、駆動ローラー７３、従動ローラー７４、二次転写ローラー７５、及び濃度センサー７６を有する。

【0031】

中間転写ベルト７２は、４つの一次転写ローラー７１、駆動ローラー７３、及び、従動ローラー７４に張架された無端ベルトである。中間転写ベルト７２は、駆動ローラー７３の回転に応じて駆動する。図１において、中間転写ベルト７２は、反時計回りに周回する。従動ローラー７４は、中間転写ベルト７２の駆動に応じて回転駆動する。

【0032】

第１画像形成ユニット６２Ｙ～第４画像形成ユニット６２Ｋは、中間転写ベルト７２の下面の駆動方向Ｄに沿って、中間転写ベルト７２の下面と対向して配置される。本実施形態において、第１画像形成ユニット６２Ｙ～第４画像形成ユニット６２Ｋは、中間転写ベルト７２の下面の駆動方向Ｄの上流側から下流側に向けて第１画像形成ユニット６２Ｙ～第４画像形成ユニット６２Ｋの順で配置される。

【0033】

各一次転写ローラー７１は、中間転写ベルト７２を介して各感光体ドラム６５に対向して配置され、各感光体ドラム６５に向けて押圧されている。このため、各感光体ドラム６５の表面に形成されたトナー像が中間転写ベルト７２に順次転写される。本実施形態において、中間転写ベルト７２には、イエロートナー像、シアントナー像、マゼンタトナー像、及びブラックトナー像がこの順で重ねて転写される。以下、イエロートナー像、シアントナー像、マゼンタトナー像、及びブラックトナー像が重ねられたトナー像を「積層トナー像」と記載する場合がある。

【0034】

二次転写ローラー７５は、中間転写ベルト７２を介して駆動ローラー７３に対向して配置される。二次転写ローラー７５は、駆動ローラー７３に向けて押圧されている。これにより、二次転写ローラー７５と駆動ローラー７３との間に転写ニップが形成される。用紙Ｐが転写ニップを通過すると、中間転写ベルト７２上の積層トナー像が用紙Ｐに転写される。本実施形態において、イエロートナー像、シアントナー像、マゼンタトナー像、及びブラックトナー像がこの順で、上層から下層となるように用紙Ｐに転写される。積層トナー像が転写された用紙Ｐは、搬送部４によって定着部８へ向けて搬送される。

【0035】

濃度センサー７６は、第１画像形成ユニット６２Ｙ～第４画像形成ユニット６２Ｋよりも下流側において中間転写ベルト７２に対向して配置されており、感光体ドラム６５上に形成された積層トナー像の濃度を測定する。なお、濃度センサー７６は、中間転写ベルト７２上の積層トナー像の濃度を測定するものでもよく、また、用紙Ｐ上に定着されたトナー像の濃度を測定するものでもよい。

【0036】

定着部８は、加熱部材８１、及び加圧部材８２を備える。加熱部材８１、及び加圧部材８２は互いに対向して配置され、定着ニップを形成する。画像形成部６から搬送された用紙Ｐは、定着ニップを通過することにより所定の定着温度で加熱されながら、加圧される。この結果、積層トナー像が用紙Ｐに定着する。用紙Ｐは、搬送部４によって定着部８から排出部９へ向けて搬送される。

【0037】

排出部９は、排出ローラー対９１及び排出トレイ９３を有する。排出ローラー対９１は、排出口９２を介して排出トレイ９３へ用紙Ｐを搬送する。排出口９２は、画像形成装置１の上部に形成される。

【0038】

制御部１０は、画像形成装置１が備える各部の動作を制御する。制御部１０は、プロセッサー１１と、記憶部１２と、予測部１３とを備える。プロセッサー１１は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を備える。記憶部１２は、半導体メモリーのようなメモリーを備え、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）を備えてもよい。記憶部１２は、制御プログラム及び画像形成装置１の制御に関する制御情報等を記憶している。プロセッサー１１は、制御プログラムを実行することによって、画像形成装置１の動作を制御する。予測部１３は、後述するカブリ現象によって移動するトナー量を予測する。

【0039】

次に、図２を参照して、現像装置６４の構成について詳細に説明する。図２は、現像装置６４の構成の一例を示す図である。詳しくは、図２は、第１画像形成ユニット６２Ｙが有する第１現像装置６４Ｙを示す。なお、図２では、理解を容易にするために感光体ドラム６５を２点鎖線で図示している。本実施形態において、第１現像装置６４Ｙは、２成分現像方式によって感光体ドラム６５の表面に形成された静電潜像を現像する。図１を参照して既に説明したように、第１現像装置６４Ｙの現像容器６４０は、第１トナーコンテナ５２Ｙに接続する。したがって、第１現像装置６４Ｙの現像容器６４０には、イエロートナーがトナー補給口６４０ｈを介して補給される。

【0040】

図２に示すように、第１現像装置６４Ｙは、現像容器６４０の内部に現像ローラー６４１、第１攪拌スクリュー６４３、第２攪拌スクリュー６４４、及びブレード６４５を有する。詳しくは、現像ローラー６４１は、第２攪拌スクリュー６４４と対向して配置される。ブレード６４５は、現像ローラー６４１と対向して配置される。

【0041】

現像容器６４０は、仕切り壁６４０ｃによって第１攪拌室６４０ａと第２攪拌室６４０ｂとに区画される。仕切り壁６４０ｃは、現像ローラー６４１の軸方向に延びる。第１攪拌室６４０ａと第２攪拌室６４０ｂとは、仕切り壁６４０ｃの長手方向の両端の外方において連通している。第２攪拌室６４０ｂの底面には、トナー濃度センサー６４９が取付けられる。

【0042】

第１攪拌室６４０ａには、第１攪拌スクリュー６４３が配置される。第１攪拌室６４０ａには、磁性体キャリアが収容されている。第１攪拌室６４０ａには、非磁性体のトナーがトナー補給口６４０ｈを介して補給される。図２に示す例では、第１攪拌室６４０ａには、イエロートナーが補給される。

【0043】

第２攪拌室６４０ｂには、第２攪拌スクリュー６４４が配置される。第２攪拌室６４０ｂには、磁性体のキャリアが収容されている。

【0044】

イエロートナーは、第１攪拌スクリュー６４３及び第２攪拌スクリュー６４４によって攪拌されてキャリアと混合される。この結果、キャリア、及びイエロートナーからなる２成分現像剤が構成される。２成分現像剤は、現像剤の一例であるため、以下「現像剤」と省略して記載することがある。

【0045】

トナー濃度センサー６４９は、第１現像装置６４Ｙの現像剤中のトナー濃度を検出する。トナー濃度センサー６４９は、例えば、現像剤の透磁率を検知することにより現像剤の濃度を検出する磁気センサーである。

【0046】

第１攪拌スクリュー６４３及び第２攪拌スクリュー６４４は、第１攪拌室６４０ａと第２攪拌室６４０ｂとの間で現像剤を循環させて攪拌する。この結果、トナーが所定の極性に帯電する。本実施形態において、トナーは、正の極性に帯電する。

【0047】

現像ローラー６４１は、非磁性の回転スリーブ６４１ａと、マグネット体６４１ｂとによって構成される。マグネット体６４１ｂは、回転スリーブ６４１ａの内部に固定して配置される。マグネット体６４１ｂは、複数の磁極を含む。現像剤は、マグネット体６４１ｂの磁力によって、現像ローラー６４１に吸着する。この結果、現像ローラー６４１の表面に磁気ブラシが形成される。

【0048】

本実施形態において、現像ローラー６４１は、図２の矢印Ｒ２（反時計回り）で示す方向に回転する。現像ローラー６４１は、回転することによって磁気ブラシをブレード６４５と対向する位置まで搬送する。ブレード６４５は、現像ローラー６４１との間にギャップ（隙間）が形成されるように配置されている。したがって、磁気ブラシの厚さがブレード６４５によって規定される。ブレード６４５は、現像ローラー６４１と感光体ドラム６５とが対向する位置よりも現像ローラー６４１の回転方向の上流側に配置される。

【0049】

現像ローラー６４１には、所定の電圧が印加される。これにより、表面に形成された現像剤層が感光体ドラム６５と対向する位置まで搬送され、現像剤中のトナーが感光体ドラム６５に付着される。

【0050】

具体的には、第１現像装置６４Ｙは、電流測定部６４６と、算出部６４７と、現像電源６４８とを更に備える。

【0051】

電流測定部６４６は、例えば、現像電源６４８と現像ローラー６４１との間に接続される。現像電源６４８は、第１現像装置６４Ｙの現像ローラー６４１に所定のバイアス電圧を印加する。電流測定部６４６は、現像電源６４８によって印加されたバイアス電圧に応じて、第１現像装置６４Ｙ及び感光体ドラム６５と現像ローラー６４１との間を流れる現像電流を検知する。電流測定部６４６は、例えば、電流計からなり、現像電流の電流値を測定する。

【0052】

次に、図３Ａ及び図３Ｂを参照して、第１現像装置６４Ｙを流れる現像電流について説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、電流測定部６４６によって測定される現像電流を示す図である。

【0053】

例えば、電流測定部６４６は、第１現像装置６４Ｙが感光体ドラム６５の表面に形成された静電潜像を現像している間の現像電流の電流値を測定する。

【0054】

本実施形態において、ユーザーによる画像形成処理の実行を示す指示が画像形成装置１に入力されると、制御部１０は、画像形成装置１が備える各部に画像形成動作を開始するよう画像形成部６を制御する。具体的には、制御部１０は、帯電装置６３、第１現像装置６４Ｙ、現像電源６４８及び露光装置６１を制御する。

【0055】

帯電装置６３は、制御部１０による制御により、感光体ドラム６５の表面を所定の帯電電位（表面電位Ｖ０）に帯電させる。詳しくは、帯電装置６３が感光体ドラム６５に帯電バイアスを印加すると、感光体ドラム６５の表面が表面電位Ｖ０に帯電する。

【0056】

現像電源６４８は、制御部１０による制御により、現像ローラー６４１にバイアス電圧を印加する。バイアス電圧は、直流成分及び交流成分を含む。図３Ａは、直流成分の大きさ（Ｖｄｃ１）が表面電位Ｖ０より小さいバイアス電圧が、現像ローラー６４１に印加された場合を示す。なお、バイアス電圧は、交流成分を含まなくてもよい。

【0057】

露光装置６１は、制御部１０による制御により、帯電装置６３が表面電位Ｖ０に帯電させた感光体ドラム６５にレーザー光を照射する。これにより、感光体ドラム６５の表面に静電潜像が形成される。

【0058】

第１現像装置６４Ｙは、感光体ドラム６５の表面に静電潜像が形成されると、制御部１０による制御により、感光体ドラム６５の表面に形成された静電潜像を現像する。

【0059】

このとき、電流測定部６４６は、現像電流の電流値を測定する。図３Ａにおいて、現像電流Ｉｄ１は、現像ローラー６４１に形成された磁気ブラシ中のトナーが現像ローラー６４１へ移動するときに流れる電流と、現像ローラー６４１に形成された磁気ブラシを通して感光体ドラム６５から流れる電流Ｉａ１とを合わせた電流である。

【0060】

一方、図３Ｂは、直流成分の大きさ（Ｖｄｃ２）が表面電位Ｖ０より大きいバイアス電圧が、現像ローラー６４１に印加された場合を示す。図３Ｂにおいて、現像電流Ｉｄ２は、トナーが感光体ドラム６５へ現像されるときに流れる電流Ｉａ２と、現像ローラー６４１に形成された磁気ブラシを通して感光体ドラム６５へ流れる電流とを合わせた電流である。

【0061】

このように、電流測定部６４６によって計測される現像電流の向きは、バイアス電圧の直流成分が表面電位Ｖ０より大きい場合と、バイアス電圧の直流成分が表面電位Ｖ０より小さい場合とで逆になる。

【0062】

また、バイアス電圧の直流成分が表面電位Ｖ０と等しい場合、現像電界強度がゼロとなり、現像電流の大きさはゼロを示す。このことから、現像電流の大きさがゼロとなる場合のバイアス電圧の直流成分を表面電位Ｖ０と予測することができる。

【0063】

次に、図３～図５を参照して、表面電位の算出について説明する。図４は、現像電流とバイアス電圧との対応関係を示すグラフである。図５は、図４に示すグラフの具体例を示す図である。図４及び図５は、縦軸に現像電流を示し、横軸にバイアス電圧を示す。

【0064】

例えば、現像電源６４８は、バイアス電圧Ｖｄｃ１を現像ローラー６４１に印加する。このとき、電流測定部６４６は、現像電流Ｉｄ１の電流値を測定する。算出部６４７は、現像電源６４８が印加しているバイアス電圧Ｖｄｃ１と、電流測定部６４６によって測定された現像電流Ｉｄ１の電流値とを取得する（図３Ａ）。

【0065】

具体的には、以下に示す条件において、バイアス電圧Ｖｄｃ１として２２０Ｖが印加されると、現像電流Ｉｄ１として－０．３１μＡが測定され、バイアス電圧Ｖｄｃ１として２４０Ｖが印加されると、現像電流Ｉｄ１として－０．１５μＡが測定される。
・感光体ドラム６５：アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）ドラム
・感光体ドラム６５の膜厚：２０μｍ
・帯電装置６３：帯電ローラーの芯金の外径 ６ｍｍ、ゴム肉厚３ｍｍ、ゴム抵抗６．０ＬｏｇΩ
・帯電バイアス：直流のみ
・ブレード６４５:ＳＵＳ４３０、磁性
・ブレード６４５の厚み:１．５ｍｍ
・現像ローラー６４１の表面形状：ローレット加工＋ブラスト
・現像ローラー６４１の外径：２０ｍｍ
・現像ローラー６４１の凹部：周方向８０列
・現像ローラー６４１の周速／感光体ドラム６５の周速：１．８
・現像ローラー６４１及び感光体ドラム６５間の距離：０．３０ｍｍ
・バイアス電圧の交流成分：Ｖｐｐ１２００Ｖ、ｄｕｔｙ５０％、短形波、８ｋＨｚ
・トナー：粒子径６．８μｍ、正帯電性
・キャリア：粒子径３８μｍ、フェライト・樹脂コートキャリア
・トナー濃度：６％
・プリント速度：５５枚／分

【0066】

また、現像電源６４８は、バイアス電圧Ｖｄｃ２を現像ローラー６４１に印加する。このとき、電流測定部６４６は、現像電流Ｉｄ２の電流値を測定する。算出部６４７は、現像電源６４８が印加しているバイアス電圧Ｖｄｃ２と、電流測定部６４６によって測定された現像電流Ｉｄ２の電流値とを取得する（図３Ｂ）。

【0067】

具体的には、バイアス電圧Ｖｄｃ２として３００Ｖが印加されると、現像電流Ｉｄ２として０．１２μＡが測定され、バイアス電圧Ｖｄｃ２として３２０Ｖが印加されると、現像電流Ｉｄ２として０．２６μＡが測定される。

【0068】

本実施形態において、バイアス電圧Ｖｄｃ１とバイアス電圧Ｖｄｃ２との差は、１００Ｖ程度が望ましく、更に、５０Ｖ程度がより望ましい。

【0069】

算出部６４７は、取得したバイアス電圧Ｖｄｃ１及び現像電流Ｉｄ１と、バイアス電圧Ｖｄｃ２及び現像電流Ｉｄ２とに基づいて、現像電流が流れなくなるバイアス電圧を表面電位Ｖ０として算出する。

【0070】

具体的には、上記の例では、表面電位Ｖ０として２７３Ｖ（図５）が算出される。

【0071】

本実施形態において、第１画像形成ユニット６２Ｙ～第４画像形成ユニット６２Ｋの各々が有する現像装置６４の構成は、トナー補給部５から補給されるトナーの種類が異なるのみで、他の構成は略同様である。したがって、第２画像形成ユニット６２Ｃ～第４画像形成ユニット６２Ｋが有する第２現像装置６４Ｃ～第４現像装置６４Ｋの構成の説明については、説明を省略する。

【0072】

例えば、制御部１０は、算出部６４７が算出した表面電位Ｖ０に基づいて、現像電源６４８が現像ローラー６４１に印加するバイアス電圧Ｖｄｃを決定する。

【0073】

これにより、静電潜像の現像を行う際、適正な電位差を設けたバイアス電圧を現像ローラー６４１に印加することができ、より高品質な画像の形成が可能になる。

【0074】

しかしながら、画像形成装置１において、現像電界強度がゼロの場合においても、静電的拘束力の弱い低帯電量のトナーが感光体ドラム６５へ付着して移動する（カブリ現象）ことによる現像電流が観測されることがある。

【0075】

（カブリ現象によって移動するトナー量の予測）
本実施形態において、カブリ現象によって移動するトナー量が多いほど、現像電界強度がゼロの場合において流れる現像電流が大きくなり、ゼロから離れるため、現像電流の大きさがゼロとなる場合のバイアス電圧の直流成分を表面電位と予測する（図４）と、実際の表面電位との差が大きくなる。また、現像電流の測定を頻繁に行うと、生産性が低下してしまう。一方で、カブリ現象によって移動するトナー量が少ない場合は、現像電流の大きさをゼロとしても差し支えない。

【0076】

そこで、予測部１３は、カブリ現象によって移動するトナー量を予測する。例えば、予測部１３は、１つ又は複数のパラメーターに基づいて、カブリトナー量を予測する。

【0077】

具体的には、パラメーターの一例として、現像装置６４が現像するトナー像のトナー濃度がある。トナー濃度が高いほど、カブリ現象が発生しやすいため、カブリトナー量が多くなる。予測部１３は、トナー濃度センサー６４９が検出したトナー濃度Ｔｃを取得する。

【0078】

また、パラメーターの一例として、現像装置６４が感光体ドラム６５に供給するトナーの帯電量であるトナー帯電量ＴＱがある。トナー帯電量ＴＱが小さいほどカブリ現象が発生しやすいため、カブリトナー量が多くなる。

【0079】

予測部１３は、トナー帯電量ＴＱを取得する。具体的には、予測部１３は、各現像装置６４の電流測定部６４６が測定した現像電流Ｉｄを取得する。例えば、各電流測定部６４６は、測定した現像電流Ｉｄの電流値を記憶部１２に記憶させる。予測部１３は、記憶部１２から各現像電流Ｉｄの電流値を取得し、それぞれ、取得した電流値を時間積分して現像電荷量Ｑを算出する。

【0080】

また、予測部１３は、トナー濃度Ｔｃとトナー現像量Ｍとの関係を示す濃度テーブルを参照して取得したトナー濃度Ｔｃをトナー現像量Ｍに変換する。濃度テーブルは、例えば記憶部１２に記憶されている。

【0081】

予測部１３は、対応する現像電荷量Ｑとトナー現像量Ｍとの比をトナー帯電量ＴＱとして算出する。

【0082】

また、パラメーターの一例として、感光体ドラム６５から現像ローラー６４１へ、トナーの移動が生じていないキャリアを流れるキャリア電流の流れにくさを示すキャリア抵抗値ＣＲがある。キャリア電流は、図３Ａのように、バイアス電圧Ｖｄｃ１が表面電位Ｖ０より小さい場合に流れる電流である。キャリア抵抗値ＣＲが小さいほどカブリ現象が発生しやすいため、カブリトナー量が多くなる。

【0083】

予測部１３は、キャリア抵抗値ＣＲを取得する。具体的には、予測部１３は、例えば、図３Ａに示す現像電流Ｉｄ１の向きに流れる現像電流Ｉｄの電流値を記憶部１２から取得し、現像ローラー６４１に印加されていた対応するバイアス電圧を取得した電流値で割ってキャリア抵抗値ＣＲを算出する。

【0084】

また、パラメーターの一例として、バイアス電圧の交流成分の電圧値Ｖａｃがある。電圧値Ｖａｃは、バイアス電圧の交流成分の実効値、最大値及び平均値等である。電圧値Ｖａｃが小さいほど、低帯電量のトナーを感光体ドラム６５から現像ローラー６４１へ回収する電界作用が小さくなるため、カブリ現象が発生しやすくなり、カブリトナー量が多くなる。

【0085】

予測部１３は、現像ローラー６４１に印加されていたバイアス電圧の交流成分の電圧値Ｖａｃを取得する。

【0086】

また、パラメーターの一例として、直近１分間の印字率ＣＶがある。印字率ＣＶは、現像ローラー６４１に付着した現像剤のトナー濃度と考えることができる。印字率ＣＶが高いと、トナーの現像能力が一時的に低下して、カブリ現象が発生しにくくなり、カブリトナー量が少なくなる。予測部１３は、例えば、制御情報の一例として直近１分間の印字率ＣＶを記憶部１２から取得する。

【0087】

予測部１３は、例えば、取得したパラメーターにそれぞれ任意の定数ａ～ｅを掛けて足し合わせた値（式１）をカブリトナー量Ａとして予測する。
Ａ＝ａ＊Ｔｃ＋ｂ＊ＴＱ＋ｃ＊ＣＲ＋ｄ＊Ｖａｃ＋ｅ＊ＣＶ・・・（式１）

【0088】

なお、式１には、５つのパラメーターが含まれているが、５つのパラメーターのうちのいずれか１つ以上のパラメーターが含まれなくてもよい。例えば、カブリトナー量Ａへの影響が特に大きいトナー濃度Ｔｃ及びトナー帯電量ＴＱのみが含まれていてもよい。

【0089】

また、式１には、更に多くのパラメーターが含まれてもよい。例えば、パラメーターの一例として、バイアス電圧の交流成分の周波数Ｆがある。周波数Ｆが小さいほど、低帯電量のトナーを感光体ドラム６５から現像ローラー６４１へ回収する電界作用が小さくなるため、カブリ現象が発生しやすくなり、カブリトナー量Ａが多くなる。

【0090】

制御部１０は、例えば、予測部１３が予測したカブリトナー量Ａが所定の閾値Ｂ未満の場合、表面電位の算出を行うように帯電装置６３、第１現像装置６４Ｙ、現像電源６４８及び算出部６４７を制御する。

【0091】

なお、制御部１０は、算出部６４７による算出以外の方法で求められた表面電位に基づいて、現像ローラー６４１に印加するバイアス電圧Ｖｄｃを決定してもよい。例えば、制御部１０は、複数枚の用紙Ｐへの画像形成が行われる場合、１枚目の用紙Ｐへの画像形成時には、算出部６４７が算出した表面電位Ｖ０に基づいてバイアス電圧Ｖｄｃを決定し、２枚目以降の用紙Ｐへの画像形成時には、予め決められた表面電位、又は他の方法により予測された表面電位に基づいてバイアス電圧Ｖｄｃを決定する。

【0092】

本実施形態において、カブリトナー量Ａを予測するためのパラメーターは、上記の他に、現像剤の移流拡散係数等がある。本実施形態において、現像剤の移流拡散係数を測定することで、トナーの供給量及び供給タイミングに基づいて、補給されたトナーが現像ニップ部（感光体ドラム６５及び現像ローラー６４１間）へ到達するまでの時間を把握することができるため、カブリ現象が発生しやすい状況であるかを判定することができる。

【0093】

また、本実施形態において、現像装置６４にトナーを強制的に排出させるトナー吐き出し制御が行われることがある。トナー吐き出し制御が行われると、トナーの現像能力が一時的に低下して、カブリ現象が発生しにくくなり、カブリトナー量が少なくなる。カブリトナー量Ａを予測するためのパラメーターには、例えば、トナー吐き出し制御の有無を示す情報が含まれてもよい。

【0094】

また、本実施形態において、算出部６４７は、例えば、算出した表面電位が、前回算出した表面電位と所定の基準値以上異なっている場合、新たに算出した表面電位を測定ミスであると判定する。この場合、算出部６４７は、表面電位の再計算を行ってもよいし、前回算出した表面電位を算出結果としてもよい。

【0095】

また、本実施形態において、算出部６４７が算出した表面電位を記憶することで、感光体ドラム６５の表面電位の変化を観測することができるようになり、帯電装置６３及び感光体ドラム６５等の劣化を予測することができる。

【0096】

また、本実施形態において、露光装置６１は、電流測定部６４６による現像電流の測定時において、感光体ドラム６５にレーザー光を照射しない。このように、現像電流の測定を感光体ドラム６５の非露光領域を利用して実行することで、カブリ現象の発生時においてもトナーの飛翔が少ない白地領域が利用されるので、現像電流としては、主に、キャリアの移動による電流を含む。したがって、感光体ドラム６５の表面電位を高精度化に測定することができる。なお、露光装置６１によるレーザー光の照射後の露光領域を利用して非帯電現像電流及び帯電現像電流の測定を行い表面電位を算出する構成であってもよい。

【0097】

また、本実施形態において、感光体ドラム６５は、正帯電有機感光体ドラム又はアモルファスシリコンドラムである。感光体ドラム６５にアモルファスシリコンドラムを用いた場合、感光層の誘電率が正帯電有機感光体ドラムよりも高くなり、電流が流れやすく、また、キャリア抵抗値が小さくなることから、測定精度が高くなる。

【0098】

また、本実施形態において、２成分現像剤を用いたが、これに限らず、１成分現像剤を用いてもよい。

【0099】

次に、図６を参照して、本実施形態に係る表面電位算出プロセスについて説明する。図６は、本実施形態に係る表面電位算出プロセスを示すフローチャートである。

【0100】

まず、予測部１３は、ユーザーによる画像形成処理の実行を示す指示が画像形成装置１に入力されると（ステップＳ１１）、各種パラメーターを取得する（ステップＳ１２）。

【0101】

予測部１３は、取得した各種パラメーターに基づいて、カブリトナー量Ａを算出する（ステップＳ１３）。

【0102】

制御部１０は、予測部１３が予測したカブリトナー量Ａが所定の閾値Ｂ未満の場合（ステップＳ１４でＹｅｓ）、表面電位の算出を行うように算出部６４７を制御する（ステップＳ１５）。

【0103】

制御部１０は、算出部６４７が算出した表面電位Ｖ０に基づいて、現像ローラー６４１に印加するバイアス電圧Ｖｄｃを設定し（ステップＳ１６）、用紙Ｐへの画像形成を行うよう画像形成部６を制御する（ステップＳ１８）。

【0104】

一方、制御部１０は、予測部１３が予測したカブリトナー量Ａが所定の閾値Ｂ以上の場合（ステップＳ１４でＮｏ）、予め決められた表面電位、他の方法により予測された表面電位、又は前回算出部６４７が算出した表面電位に基づいて設定された現在のバイアス電圧から設定を変更せず（ステップＳ１７）、用紙Ｐへの画像形成を行うよう画像形成部６を制御する（ステップＳ１８）。

【0105】

以上、図面（図１～図６）を参照しながら本発明の実施形態を説明した。但し、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚み、長さ、個数等は、図面作成の都合上から実際とは異なる。また、上記の実施形態で示す各構成要素の材質や形状、寸法等は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0106】

本発明は、画像形成装置の分野に利用可能である。

【符号の説明】

【0107】

１ ：画像形成装置
１３ ：予測部
６３ ：帯電装置
６４ ：現像装置
６５ ：感光体ドラム
６４１ ：現像ローラー
６４６ ：電流測定部
６４７ ：算出部
６４８ ：現像電源
Ａ ：カブリトナー量
Ｂ ：閾値
ＣＲ ：キャリア抵抗値
ＣＶ ：印字率
Ｉｄ ：現像電流
Ｉｄ１ ：現像電流
Ｉｄ２ ：現像電流
ＴＱ ：トナー帯電量
Ｔｃ ：トナー濃度
Ｖ０ ：表面電位
Ｖｄｃ ：バイアス電圧
Ｖｄｃ１ ：バイアス電圧
Ｖｄｃ２ ：バイアス電圧

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】